Présentation
Auteur(s)
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Anne-Marie BRASS : Docteur ès sciences - Chercheur au CNRS - Laboratoire de Métallurgie structurale, université Paris-Sud (Orsay)
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Jacques CHÊNE : Docteur ès sciences - Chercheur au CNRS - Laboratoire de Métallurgie structurale, université Paris-Sud (Orsay)
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Lionel COUDREUSE : Docteur-Ingénieur - Centre de recherche des Matériaux du Creusot - Creusot-Loire Industrie
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Lire l’articleINTRODUCTION
La fragilisation par l’hydrogène des aciers, souvent désignée par FPH, est une des causes importantes de rupture de pièces dans l’industrie. Le caractère souvent brutal des ruptures et les conséquences humaines et économiques pouvant en résulter ont été à l’origine de nombreuses études et publications sur ce thème depuis la première mise en évidence du phénomène, il y a plus d’un siècle.
Les situations pouvant conduire à des phénomènes de FPH sont nombreuses et diverses :
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introduction d’hydrogène dans le matériau à l’élaboration ou lors d’opérations de transformation et de mise en œuvre (traitements thermiques, soudage) ;
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utilisation des aciers en présence d’hydrogène ou de mélanges gazeux hydrogénés ;
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hydrogène produit par des réactions électrolytiques (traitements de surface, protection cathodique) ;
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hydrogène provenant des réactions de corrosion (environnements aqueux).
La fragilisation par l’hydrogène peut se manifester sous des formes diverses qui dépendent d’une multitude de paramètres :
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matériau (état, composition, microstructure…) ;
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milieu environnant (gaz, milieu aqueux, température…) ;
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conditions de sollicitation mécanique (statique, dynamique, cyclique…).
L’évolution des techniques et des procédés, la recherche des rendements les plus élevés, les réductions de coût font que les matériaux peuvent être amenés à travailler dans des conditions de plus en plus sévères. Les évolutions importantes au niveau des aciers eux-mêmes, dans les techniques d’élaboration et de transformation, dans leurs mises en œuvre, impliquent toujours de nouvelles études. Les solutions apportées aux problèmes de fragilisation par l’hydrogène ne sont jamais définitives et, dans de nombreux cas, pour des raisons de gains économiques ou de sécurité, il est important de se reposer la question de l’efficacité de la solution apportée. Enfin, de plus en plus, les utilisateurs de pièces, de réacteurs ou de structures métalliques pouvant être fragilisés par l’hydrogène souhaitent disposer de techniques ou de modèles fiables pour prévoir, suivre et contrôler l’évolution d’un endommagement pouvant se manifester en service.
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3. Prévention de la fragilisation par l'hydrogène
Compte tenu de la diversité des phénomènes de fragilisation par l’hydrogène, il n’existe pas une réponse unique au problème, mais plusieurs types de réponse qui dépendent du problème particulier posé mais aussi de paramètres technico-économiques. La fragilisation par l’hydrogène nécessite la coexistence de 3 facteurs :
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une activité en hydrogène (interne ou externe) ;
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une structure sensible ;
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la présence de contraintes.
Selon l’importance de l’un ou l’autre des paramètres, on pourra être plus ou moins tolérant sur les autres. Ainsi en présence d’une activité en hydrogène forte, la fragilisation par l’hydrogène pourra se manifester pour des niveaux de contrainte faibles ou pour des structures a priori peu sensibles. Inversement, en présence d’une activité en hydrogène faible, seules les structures les plus sensibles pourront être fragilisées en présence de contraintes importantes. Il est, par conséquent, possible de prévenir les phénomènes de fragilisation par l’hydrogène en agissant sur l’un des trois facteurs cités précédemment.
Dans le cas de matériaux sensibles, des mesures devront être prises pour réduire les niveaux de contraintes : augmentation des épaisseurs, dessins des pièces évitant les zones de concentration de contraintes, détensionnement des structures soudées…
Dans la pratique, il est souvent difficile d’agir sur les niveaux de contrainte. Dans ce qui suit, nous présenterons les voies possibles de prévention des risques de fragilisation par l’hydrogène en agissant sur les paramètres, activité en hydrogène et microstructure.
3.1 Réduction de l’activité en hydrogène
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Barrières à la pénétration d’hydrogène
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La première solution permettant de diminuer l’activité en hydrogène consiste à revêtir le matériau avec un matériau à bas coefficient de diffusion ou à faible solubilité en...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - COUDREUSE (L.) - Fragilisation par l’hydrogène et corrosion sous contrainte - . Corrosion sous contrainte, Bombannes (1990). Éd. D. Desjardins et R. Oltra, Les Éditions de Phy- sique (1992) p. 397.
-
(2) - SOJKA (J.) - Fragilisation par l’hydrogène d’aciers faiblement alliés utilisés dans l’industrie nucléaire. Rôle de la microstructure et de l’état inclusionnaire - . Thèse de l’École Centrale de Paris (juill. 1997).
-
(3) - GRANJON (H.) - * - Soudage et technique connexes (sept.-oct. 1979) p. 319-24.
-
(4) - WILLIAMS (E.M.), ANDERSON (D.M.) - Hydrogen embrittlement of AISI 8740 alloy steel fasteners - . Materials Performance (déc. 1985) p. 9-12.
-
(5) - BAGDASARIAN (A.J.), BERECZKY (E.L.), ISHIGURO (T.), KIMURA (K.), TAHARA (T.) - Material degradation and hydrogen assisted crack growth in first generation hydroprocessing ractors - . Second Int. Conf. on Interaction of Steels with Hydrogen in Petroleum Industry Pressure Vessel and Pipeline Service, MPC, Vienne, Autriche (oct. 1994)...
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